2.1 名词解释

  1. 数据（data） :运送消息的实体。
  2. 信号（signal） ：数据的电气的或电磁的表现。或者说信号是适合在传输介质上传输的对象。
  3. 码元（ code） ：在使用时间域（或简称为时域）的波形来表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
  4. 单工（simplex ） : 只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
  5. 半双工（half duplex ） ：通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。
  6. 全双工（full duplex） : 通信的双方可以同时发送和接收信息。
  7. 失真：失去真实性，主要是指接受到的信号和发送的信号不同，有磨损和衰减。影响失真程度的因素：1.码元传输速率 2.信号传输距离 3.噪声干扰 4.传输媒体质量
  8. 奈氏准则 : 在任何信道中，码元的传输的效率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。
  9. 香农定理 ：在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值。
  10. 基带信号（baseband signal） : 来自信源的信号。指没有经过调制的数字信号或模拟信号。
  11. 带通（频带）信号（bandpass signal） ：把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道），这里调制过后的信号就是带通信号。
  12. 调制（modulation ） : 对信号源的信息进行处理后加到载波信号上，使其变为适合在信道传输的形式的过程。
  13. 信噪比（signal-to-noise ratio ） : 指信号的平均功率和噪声的平均功率之比，记为 S/N。信噪比（dB）=10*log10（S/N）。
  14. 信道复用（channel multiplexing ） ：指多个用户共享同一个信道。（并不一定是同时）。
  15. 比特率（bit rate ） ：单位时间（每秒）内传送的比特数。
  16. 波特率（baud rate） ：单位时间载波调制状态改变的次数。针对数据信号对载波的调制速率。
  17. 复用（multiplexing） ：共享信道的方法。
  18. ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line ） ：非对称数字用户线。
  19. 光纤同轴混合网（HFC 网） :在目前覆盖范围很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网。

2.2 物理层概述

2.2.1 物理层的主要任务**

物理层主要做的事情就是 透明地传送比特流。也可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：机械特性（接口所用接线器的一些物理属性如形状尺寸），电气特性（接口电缆的各条线上出现的电压的范围），功能特性（某条线上出现的某一电平的电压的意义），过程特性（对于不同功能能的各种可能事件的出现顺序）。
物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。 现有的计算机网络中的硬件设备和传输媒体的种类非常繁多，而且通信手段也有许多不同的方式。物理层的作用正是尽可能地屏蔽掉这些传输媒体和通信手段的差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样就可以使数据链路层只考虑完成本层的协议和服务，而不必考虑网络的具体传输媒体和通信手段是什么。

2.2.2 通信

  • 通信的目的
    • 通信的目的是传送消息。如话音，文字，图像等都是消息，数据是运送消息的实体。信号则是数据的电器或电磁的表现。
  • 信号
    • 根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为模拟信号（或连续信号）和数字信号（或离散信号）。在使用时间域（简称时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形称为码元。
  • 通信的方式
    • 根据双方信息交互的方式，通信可划分为单向通信（或单工通信），双向交替通信（或半双工通信），双向同时通信（全双工通信）。
  • 信号调制
    • 来自信源的信号称为基带信号。信号要在信道上传输就要经过调制。调制有基带调制和带通调制之分。最基本的带通调制方法有调幅，调频和调相。还有更复杂的调制方法，如正交振幅调制。

带通调制.jpeg

2.2.3 奈式准则和香农公式

奈氏准则：在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决(即识别)成为不可能。
香农公式：求出了信息传输速率的极限。

这两个公式的意义在于：只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种方法来实现无差错的传输。

奈式准则：
理想低通信道下的极限数据传输率=2W2 物理层 - 图2 （b/s）
W是带宽，V是几种码元，即码元的离散电平数目

香农公式：
C=W*2 物理层 - 图3 (bit/s)
W是信道带宽（Hz），S是信号功率（W），N是噪声功率（W）。
香农公式中的S/N 为无量纲单位。如：S/N＝1000（即，信号功率是噪声功率的1000倍）.。
但是，当讨论信噪比（S/N）时，常以分贝（dB）为单位。公式如下：
SNR(信噪比，单位为dB)=102 物理层 - 图4。

从公式可以看出：

  • 带宽或者信噪比越大，传输的速率就越高。
  • 只要信息的传输速率低于信息的极限传输速率，就一定有方法来实现无差错传输。
  • 香农定理得到的为极限信息传输速率，实际信道能达到的传输速率比他低不少。

2.2.4 信道复用

  • 频分复用(FDM) ：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。
  • 时分复用（TDM） ：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度（分时不分频）。
  • 统计时分复用 (Statistic TDM) ：改进的时分复用，能够明显提高信道的利用率。
  • 码分复用(CDM) ： 用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。
  • 波分复用( WDM) ：波分复用就是光的频分复用。

关于信道复用的具体介绍，可以参考这篇文章：[计算机网络] 信道复用技术。

参考